Das Forschungsvorhaben untersuchte den Prozess der Anschwemmfiltration mit kompressiblen Filterhilfsmitteln. Die Arbeitspakete wurden durch zwei Forschungseinrichtungen (FE) bearbeitet. FE 1 führte vorrangig experimentelle Versuche durch. Die resultierenden Experimentaldaten wurden für weiterführende theoretische Analysen an die FE 2 übermittelt, um hiermit Strategien zur Effizienzsteigerung des betrachteten Prozesses zu entwickeln. Ergebnisse dieser Analysen wurden wiederum FE 1 zur Verfügung gestellt, um die theoretischen Ergebnisse am Experiment zu validieren.
Es wurde eine neue Methode entwickelt, bei der Filterkuchen von Anschwemmfiltrationsversuchen in einem µ-Computertomographen vermessen wurden. Durch zusätzliche Referenzmessungen (engl. "Phantom") können aus den gemessenen Grauwerten echte Volumenanteile der lokalen Verunreinigungsablagerungen rekonstruiert werden. Mit diesen Daten ließ sich die wirkende Tiefenfiltration mathematisch abbilden.
Mit der Hilfe von Kompressions- und Durchströmungsexperimenten von Filterhilfsmittel und Modellverunreinigung, ließen sich die Permeabilität und Porosität faserförmiger Filterhilfsmittel mathematisch beschreiben.
Experimente zur Bestimmung der Heteroagglomeration zwischen Filterhilfsmittel und Modellverunreinigung zeigten, dass dieser Effekt insignifikant ist. Jedoch beweisen Haftkraftbestimmungen mittels Rasterkraftmikroskopie, dass ein an das Stoffsystem angepasstes Filterhilfsmittel die Abscheidung der Verunreinigung aufgrund höherer attraktiver Wechselwirkungen begünstigen kann.
Ein mathematisches Modell für Anschwemmfiltrationsprozesse wurde als Simulation in Matlab implementiert.
Die Experimentaldaten genügten, um das Modell geeignet zu parametrieren. Daten echter Filtrationsversuche wurden mit einer hohen Genauigkeit reproduziert.
Das mathematische Modell wurde genutzt, um Optimierungsrechnungen durchzuführen. Es wurden sowohl optimale konstante als auch zeitvariable Filterhilfsmitteldosagekonzentrationen gefunden. Die ermittelten Filterhilfsmitteldosagen minimieren den Energie- und Filterhilfsmittelverbrauch des Prozesses. Dies konnte teilweise am Experiment bewiesen werden. Zeitvariable Dosagen können insbesondere bei großen überlagerten Tiefenfiltrationsanteilen den Filterhilfsmittelverbrauch gegenüber einer konstanten optimalen Dosage um bis zu weitere 20% senken.
Die entwickelten Methoden helfen kmU dabei, die Effizienz bestehender Anschwemmfiltrationsprozesse zu steigern und neue Prozesse effektiver auszulegen.
Die erzielten Ergebnisse können die Grundlage zur Entwicklung einer modellprädiktiven Regelung darstellen.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 07/2018 bis 12/2021 an der TU Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (Agricolastraße 1, 09596 Freiberg, Tel. 03731 / 39-2795) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Urs Peuker (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr.-Ing. Urs Peuker) und an der TU München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan WZW, Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik (Gregor-Mendel-Straße 4, 85354 Freising, Tel. 08161 71-3271) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Heiko Briesen (Leiter der Forschungseinrichtung Herrn Prof. Dr.-Ing. Heiko Briesen).
Das IGF-Vorhaben Nr. 19947 BG der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.